
- •Поліном Лагранжа
- •Завдання для самостійної роботи
- •Тема: Апроксимація функцій Теоретичні відомості Емпіричні формули
- •Визначення параметрів емпіричної залежності
- •Метод найменших квадратів
- •Розв’язок
- •Завдання для самостійної роботи
- •Розв’язок
- •Метод Сімпсона
- •Розв’язок
- •Завдання для самостійної роботи
- •Лабораторна рОбота №3
- •Теоретичні відомості Чисельне розв’язання систем лінійних алгебраїчних рівнянь
- •Метод Гаусса
- •Метод Гаусса-Зейделя
- •Розв’язок
- •Завдання для самостійної роботи
- •Лабораторна рОбота №4 Тема: Нелінійні рівняння Теоретичні відомості
- •Метод хорд
- •Метод Ньютона (метод дотичних)
- •Розв’язок
- •Комбінований метод хорд і дотичних
- •Метод ітерацій або метод послідовних наближень
- •Розв’язок
- •Завдання для самостійної роботи
- •Лабораторна рОбота №5 Тема: Чисельне розв’язання звичайних диференційних рівнянь Теоретичні відомості
- •Метод Ейлера
- •Модифікації методу Ейлера
- •Метод Рунге-Кутта
- •Завдання для самостійної роботи
- •Список літератури
Розв’язок
За умовою
.
Визначаємо другу похідну
:
|
Таким
чином
,
тому
.
Визначаємо значення першої похідної в точці :
|
Для зручності подальші обчислення зводимо в таблицю 2.
Таблиця 2
|
|
|
|
|
|
|
0 |
-2,75 |
-20,797 |
7,5625 |
22,6875 |
-1,111 |
0,179 |
1 |
-2,571 |
-16,994 |
6,6100 |
19,8300 |
-0,164 |
0,026 |
2 |
-2,545 |
-16,484 |
6,4770 |
19,431 |
-0,053 |
0,008 |
3 |
-2,537 |
-16,329 |
6,4364 |
19,309 |
0,020 |
0,003 |
4 |
-2,534 |
-16,271 |
6,4212 |
19,2636 |
0,007 |
0,001 |
5 |
-2,533 |
|
Остаточно
одержимо
.
Комбінований метод хорд і дотичних
Методи хорд і дотичних дають наближення кореня з різних сторін (більше або менше дійсного значення кореня), тому їх часто застосовують в поєднанні один з одним, і уточнення кореня відбувається швидше.
Якщо
,
то метод хорд дає наближення кореня з
недостачею, а метод дотичних – з
надлишком. Якщо ж
,
то методом хорд набуває значення кореня
з надлишком, а методом дотичних – з
недостачею.
Проте у всіх випадках дійсне значення кореня розташоване на проміжку між наближеними значеннями коріння, що утворюється за методом хорд і методом дотичних.
Нехай
і
‑ наближені значення кореня з
недостачею і з надлишком відповідно.
1. Якщо
на
,
то:
;
|
(12) |
(при
цьому
);
2. Якщо на , то:
|
(13) |
(при цьому ).
Рисунок 4 – Ілюстрація комбінованого методу хорд і дотичних
Процес обчислень припиняється, як тільки буде виконуватися нерівність:
|
Значення кореня, який є уточненим, буде становити:
|
Метод ітерацій або метод послідовних наближень
Для
застосування методу ітерацій (латинське
"ітераціо"
‑
повторення) початкове рівняння
(
‑ безперервна функція) необхідно,
по-перше, записати у вигляді
,
по-друге,
виділити інтервал
ізоляції кореня цього рівняння, і
по-третє, обрати нульове наближення
кореня
.
Для одержання першого наближення
в праву частину рівняння
замість
підставляємо
,
так що
.
Наступні наближення утворюються за схемою:
|
(14) |
Таким
чином, у результаті застосування деякого
однакового процесу будуються послідовні
наближення
.
При цьому можливі два випадки:
– процес
може збігатися, тобто послідовні
наближення прямують до деякої кінцевої
межі
,
що є коренем рівняння;
– процес може розходитися, тобто кінцева межа побудованих наближень існувати не буде; з цього не випливає, що розв'язку початкового рівняння не існує, просто процес послідовних наближень міг бути обраний невдало.
Збіжність процесу ітерації визначається наступною теоремою.
Теорема.
Нехай
інтервал
є інтервалом кореня рівняння
,
а
функція
визначена і диференційована на всьому
інтервалі, причому всі її значення
.
Тоді,
якщо існує правильний дріб
такий,
що
,
то:
1. Процес
ітерації
є збіжним незалежно від початкового
значення
;
2. Граничне
значення
є єдиним коренем рівняння
на відрізку
.
Наближення слід обчислювати доти, поки не буде виконано нерівність:
|
де
‑ задана
гранична абсолютна похибка кореня
.
Якщо
і
додатня навколо кореня, то послідовні
наближення
і
сходяться до кореня монотонно.
Якщо ж похідна
від'ємна, то послідовні наближення
коливаються біля кореня
.
Приклад.
Методом
ітерацій уточнити з точністю
корінь рівняння
,
який ізольований
на відрізку [0, 1].